CN101639491A - 基于soc技术的单相导轨式电能表及电能计量实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于SOC技术的导轨式单相电能表，由壳体和设置在所述壳体内的电流电压采集电路、电能计量芯片、通讯回路、液晶显示器和电源供电部分组成，其特征在于，所述电能计量芯片采用SOC单芯片进行电能计量，在所述壳体的背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将所述带有导轨槽的电能表卡在35mm标准导轨上。本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表采用了SOC(System on chip)单芯片的实现方案，具有集成度高，可靠性高，稳定性好，计量精度高、功能丰富、长寿命的特点。

Description

基于SOC技术的单相导轨式电能表及电能计量实现方法

技术领域

本发明涉及一种电能表技术领域，具体涉及一种基于SOC技术的单相导轨式安装电能表，该单相导轨式安装电能表主要用于实现低压配电终端的电能计量，可广泛应用于楼宇、机场、商场、学校、码头。本发明还涉及该单相导轨式安装电能表电能计量的实现方法。

背景技术

随着电力行业改革深入，尤其是电力管理部门的政策导向，配电终端对单相多功能电能表的需求大量增加。

现有较通用的单相电能表的安装方式为壁挂式，安装时需要配备专门的电度表箱，存在体积大，现场安装不便等缺点，并且其实现方案多为多芯片方案(即专用电能计量芯片ASIC+微控制器MCU)，集成度低，故障率高，计量功能相对单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题第一方面在于提供一种基于SOC技术的导轨式单相电能表，具有集成度高，可靠性高，稳定性好，计量精度高、功能丰富、长寿命的特点。

本发明所要解决的技术问题第二方面在于提供上述导轨式单相电能表的电能计量的实现方法。

作为本发明第一方面的基于SOC技术的导轨式单相电能表，由壳体和设置在所述壳体内的电流电压采集电路、单相SOC电能计量芯片、通讯电路、脉冲输出电路、存储部分、显示部分和电源供电部分组成，其特征在于，采用SOC单芯片实现数据处理、电能计量和功能控制；在所述壳体的背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将带有导轨槽的电能表卡在35mm标准导轨上。

电路板分为上板和下板，上板通过插针固定在下板上方，并通过插针连接下板。

下板上集成有电流电压采集电路、通讯电路、脉冲输出电路、电源供电部分；

上板上集成有单相SOC电能计量芯片、显示部分、存储部分。

在本发明中，所述基于SOC技术的导轨式单相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，所述基于SOC技术的导轨式单相电能表宽度为模数值的整数倍，优选为模数值的4倍。

本发明的SOC单芯片为ADE7169单芯片，该ADE7169单芯片上集成有电能计量模块、8052的MCU带16KFLASH功能模块、电源管理模块、带温度补偿RTC模块、LCD驱动模块、UART模块、SPI/I2C外围扩展接口模块和脉冲输出口以及编程在线调试接口，在SPI/I2C外围扩展接口模块上接一铁电存储器24CL16。

在本发明中，所述壳体的正面设置有一LCD液晶显示屏和电能脉冲指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；所述LCD液晶显示屏、电能脉冲指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯与所述的SOC单芯片上的LCD驱动接口和I/O口连接。

在本发明中，在所述壳体上设置有RS485通讯接口，所述RS485通讯接口与所述的SOC单芯片上的UART模块接口连接；以便于若干个基于SOC技术的导轨式单相电能表进行组网。

在本发明中，在所述壳体上还设置有有功电能脉冲输出口，该脉冲输出口为无源光耦隔离型输出口，以便于电能校准和用于实现电能远传。

在所述壳体的上侧和下侧均设置有接线端子。所述接线端子为压嵌式接线端子。

本发明的电流电压采集电路包括电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压采集电路包括电阻分压取样网络、RC滤波电路，所述电阻分压取样网络的电压信号输入端接入母线电压信号，所述分压取样网络电路的输出端接所述RC滤波电路的输入端，所述RC滤波电路的输出端接所述SOC单芯片的电压输入通道接口；所述电流信号采集电路包括一个电流互感器、取样电阻、RC滤波电路，所述电流互感器的一次侧将配电线路上的实时电流耦合，所述电流互感器的二次侧输出接一取样电阻，所述取样电阻经所述RC滤波电路滤波后接所述SOC单芯片的电流通道。

本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表的接线方式可以采用一次直接接入方式和通过电流互感器二次接入两种接线方式。

所述电源供电部分包含两路电源输出，一路电源供通讯回路，另一路电源供SOC单芯片及其外围。

作为本发明第二方面的基于SOC技术的导轨式单相电能表的电能计量的实现方法，包括如下步骤：

1.电压信号采集电路采集的电压信号送入SOC单芯片的电压输入通道；

2.电流信号采集电路采集的电流信号送入SOC单芯片的电流输入通道；

3.输入的电压信号和电流信号由SOC单芯片上集成的电能计量模块进行A/D转换，处理、运算后输出电能脉冲；

4.集成于SOC单芯片上的8052核MCU对电能脉冲进行累加，根据内部RTC中的时间值，参考预设定的费率时段完成分时电能计量，并将电能存储于铁电存储器FM24CL16中，同时通过液晶显示器和指示灯实现显示以及通过RS485通讯接口和有功电能脉冲输出口传输至远程管理计算机。

本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表采用了SOC(System onchip)单芯片的实现方案，具有集成度高、可靠性高、计量精度高、功能丰富的特点。由于采用的SOC单芯片片内集成了强大的功能模块并且具备丰富的接口技术，因此本发明的导轨式单相电能表的外围设计十分简洁，可以最大限度地减少PCB板的面积，从而缩小了整个导轨式单相电能表的体积，使导轨式单相电能表做到微型化。本发明的导轨式单相电能表可采用35mm标准导轨安装方式进行安装，其外型结构依据微型断路器的模数化标准进行设计，以便于与微型断路器一同安装于终端配电箱内，具有体积小巧、外型美观、现场安装改造方便的优点。应用本发明所述导轨式单相电能表，可大大简化终端配电系统的设计，降低设备成本，减少使用者投资，并且美化布局，方便使用者的使用和检修。本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表具有灵活的接线方式，既可一次直接接入，具有最大直接接入电流达80A、接线简单的优点，可直接应用于终端配电箱；又可通过外置电流互感器实现二次接入，具有电压电流相互隔离、安全和计量精度高的特点，可应用于电气开关柜。

本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表除了具备电能计量功能(完成正反向有功电能计量、功率潮流方向自动识别和指示)，还带有分时复费率功能(日时段可设三费率、八时段，时段区间内的最小时间单位为1分钟)、按月冻结转存功能(可统计上上月、上月及本月的用电量和分时电量，用于月用电费的结算及监测用电情况)和实时监测功能(可提供电压、电流、频率、功率、功率因数的测量，并可参与显示或借用通讯协议读出)。其丰富的功能利于用户对用电情况实施监测，引导用户合理有效用电。并且为用电管理自动化提供了便捷。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的正视图。

图2为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的侧视图。

图3为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的后视图。

图4为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表一次直接接入的接线示意图。

图5为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表经CT二次接入的接线示意图。

图6为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的面板示意图。

图7为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的原理框图。

图8为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的电压采集电路的电原理图。

图9为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表的电流信号采集电路的电原理图。

图10a-图10j为本发明基于SOC技术的导轨式单相电能表显示示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1、图2和图3，基于SOC技术的导轨式单相电能表，由壳体100和设置在壳体100内的电流电压采集电路、电能计量芯片、通讯回路、液晶显示器和电源供电部分组成，在壳体100的背面设置有一导轨槽110和一弹性卡钩120，弹性卡钩120将导轨槽110卡在现有配电箱中的35mm标准导轨200上。该基于SOC技术的导轨式单相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，其宽度为模数值的4倍。

参看图6，壳体100的正面设置有一LCD液晶显示屏1和电能脉冲指示灯2、峰费率指示灯3、平费率指示灯4和谷费率指示灯5。下面会结合图12a-图12j详细描述。

当电能脉冲指示灯2亮时，表示有电能脉冲输出，反之则无。当峰费率指示灯3亮时，表示LCD液晶显示屏1显示的当前费率为峰费率；当平费率指示灯4亮时，表示LCD液晶显示屏1显示的当前费率为平费率；当谷费率指示灯5亮时，表示LCD液晶显示屏1显示的当前费率为谷费率。

参看图4，在壳体100上设置有RS485通讯接口的接线端子5′、6′和电能脉冲输出口的接线端子7′、8′。

设置RS485通讯接口的接线端子5′、6′以便于若干个基于SOC技术的导轨式单相电能表进行组网。

设置电能脉冲输出口的接线端子7′、8′的目的是输出有功电能脉冲，用于校表和采集电能量。接线端子7′、8′采用无源光电隔离型输出端口，波形为标准方波，脉冲宽度：80ms±20ms。

继续参看图4并结合参看图5，在壳体100的上侧设置有接线端子L′、N′，壳体100的下侧设置有接线端子L、N和1′、4′。在图4直接接入的接线方式中L、N接火线和零线的进线，L′、N′接火线和零线的出线。在图5经CT接入的接线方式中，L、L′接外置电流互感器的二次输出线，接线端子1′、4′接电压信号。当该基于SOC技术的导轨式单相电能表配用电流互感器二次接入时，在读取其电能示数后必须乘以电流互感器倍率才是其实际用电量。

上述的L、N，L′、N′接线端子均为压嵌式接线端子，就是利用螺钉的旋转来带动压线框上下移动，通过接线柱的下表面与压线框内侧下表面上下夹紧导线，通过这种压紧方式，使导线受压均匀，接触电阻小，大大减少接线端子的烧坏率；在压线框内侧下表面冲压出横向直纹，防止导线拉出。

电流电压采集电路包括电压信号采集电路和电流信号采集电路，参看图8电压采集电路包括电阻分压取样网络电路、RC滤波电路，所述电阻分压取样网络电路的信号输入端接母线电压，电阻分压取样网络电路的信号输出端接所述RC滤波电路的输入端，所述RC滤波电路的输出端接所述SOC单芯片的电压输入通道接口VP、VN。

参看图9，所述电流信号采集电路包括一个电流互感器、取样电阻、RC滤波电路，所述电流互感器的一次侧与配电线路上的实时电流耦合，所述电流互感器的二次侧接一取样电阻，所述取样电阻通过所述RC滤波电路接所述SOC单芯片的电流通道接口IP、IN。

参见图7，该基于SOC技术的导轨式单相电能表采用SOC单芯片进行电能计量，SOC单芯片为ADE7169单芯片，该ADE7169单芯片上集成有电能计量模块、8052核MCU、电源管理模块、带温度补偿RTC模块、LCD驱动模块、UART模块、SPI/I2C外围扩展接口模块和脉冲输出口以及编程在线调试接口，在SPI/I2C外围扩展接口模块上接一铁电存储器FM24CL16。

配电线路上实时电压经过电压信号采集电路中的电阻分压取样网络分压降为合适的小信号，后经RC滤波电路滤除杂波干扰后，送入SOC单芯片的电压输入通道；配电线路上实时电流经过表内高精度电流互感器耦合，取样电阻取样后变为合适的小信号，后经RC滤波电路滤除杂波干扰后，送入SOC单芯片的电流输入通道；预处理的电压信号和电流信号由SOC单芯片上集成的电能计量模块进行A/D转换，处理、运算后输出电能脉冲；集成于SOC单芯片上的8052核MCU对电能进行累加，根据RTC中的时间值参考预先设定的费率时段完成分时电能计量存储于铁电24CL16中，并同时通过液晶显示器和指示灯实现显示以及通过RS485通讯接口和有功电能脉冲输出口传输至远程管理计算机。

下面结合图10a至图10j来说明本发明的导轨式安装单相电能表的显示。

在默认状态下，本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表循环显示时间、日期、总电量、峰电量、平电量、谷电量、电压和电流相关信息，循环显示间隔时间为4s，液晶显示内容及数据格式说明如下：

图10a显示内容表示当前时间为12点00分00秒，如峰费率指示灯3点亮，表示当前费率为峰费率。

图10b显示表示当前日期为2008年2月1日。

图10c显示内容表示当前总电量为46.32kwh。

图10d显示内容表示当前峰电量为24.12kwh。

图10e显示内容表示当前平电量为12.10kwh。

图10f显示内容表示当前尖电量为10.10kwh。

图10g显示内容表示当前电压值为220.0V。

图10h显示内容表示当前电流值为5.00A。

图10i为通讯状态显示：左下角出现通讯标志显示时，表示电表当前正处于通讯状态中。

图10j显示内容为电池电量低显示：左下角出现电池标志显示时，表示电池当前电量低，如多次出现此标志，需要更换电池。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.基于SOC技术的导轨式单相电能表，由壳体和设置在所述壳体内的电流电压采集电路、电能计量芯片、通讯回路、液晶显示器和电源供电部分组成，其特征在于，采用SOC单芯片实现数据处理、电能计量和功能控制；在所述壳体的背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将带有导轨槽的电能表卡在35mm标准导轨上。

2.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述基于SOC技术的导轨式单相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，所述基于SOC技术的导轨式单相电能表宽度为模数值的整数倍。

3.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，基于SOC技术的导轨式单相电能表宽度为模数值的4倍。

4.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，电路板分为上板和下板，上板通过插针固定在下板上方，并通过插针连接下板。

5.根据权利要求4所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，下板上集成有电流电压采集电路、通讯电路、脉冲输出电路、电源供电部分；上板上集成有单相SOC电能计量芯片、显示部分、存储部分。

6.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述SOC单芯片为ADE7169单芯片。

7.根据权利要求5所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述壳体的正面设置有LCD液晶显示屏、电能脉冲指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；所述LCD液晶显示屏与所述的SOC单芯片上的LCD驱动接口连接，电能脉冲指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯与所述的SOC单芯片上的I/O口连接。

8.根据权利要求7所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，在所述壳体上设置有RS485通讯接口，所述RS485通讯接口与所述的SOC单芯片上的UART模块接口连接；以便于若干个基于SOC技术的导轨式单相电能表进行组网。

9.根据权利要求7所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，在所述壳体上还设置有有功电能脉冲输出口，该有功电能脉冲输出口接SOC单芯片上的脉冲输出口；以便于校正本发明的基于SOC技术的导轨式单相电能表。

10.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，在所述壳体的上侧和下侧均设置有接线端子。

11.根据权利要求10所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述接线端子均为压嵌式接线端子。

12.根据权利要求7所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，电流电压采集电路包括电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压采集电路包括电阻分压取样网络电路、分压取样网络电路、RC滤波电路，所述电阻分压取样网络电路的信号输入端接母线电压，电阻分压取样网络电路的信号输出端接所述分压取样网络电路的输入端，所述分压取样网络电路的输出端接所述RC滤波电路的输入端，所述RC滤波电路的输出端接所述SOC单芯片的电压输入通道接口；所述电流信号采集电路包括一个电流互感器、取样电阻、RC滤波电路，所述电流互感器的一次侧与配电线路上的实时电流耦合，所述电流互感器的二次侧接一取样电阻，所述取样电阻通过所述RC滤波电路接所述SOC单芯片的电流通道。

13.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述基于SOC技术的导轨式单相电能表的接线方式可以采用直接接入方式和通过电流互感器二次接入方式。

14.根据权利要求1所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表，其特征在于，所述电源供电部分的输出两路电源，一路电源供通讯回路，另一路电源供SOC单芯片。

15.一种权利要求7所述的基于SOC技术的导轨式单相电能表的电能计量的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

①.电压信号采集电路采集的电压信号送入SOC单芯片的电压输入通道；

②.电流信号采集电路采集的电流信号送入SOC单芯片的电流输入通道；

③.输入的电压信号和电流信号由SOC单芯片上集成的电能计量模块进行A/D转换，处理、运算后输出电能脉冲；

④.集成于SOC单芯片上的8052核MCU对电能脉冲进行累加，根据内部RTC中的值参考预先设定的费率时段完成电能计量存储于铁电FM24CL16，并同时通过液晶显示器和指示灯实现显示以及通过RS485通讯接口和有功电能脉冲输出口传输至远程管理计算机。

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